初探VHDL语言在电子设计中的应用

时间:2022-06-11 07:07:44

初探VHDL语言在电子设计中的应用

摘 要:随着时代的进步,如今社会对电子技术和计算机技术的应用非常普遍,已经完全渗透到各行业中。而电子技术设计作为推动电子技术领域发展的主要动力,其逐渐向着高速度、大容量和小体积的方向发展,因此传统自下而上的电子设计方法已经难以满足要求,因此必须加强对VHDL硬件描述语言的应用。本文主要分析了VHDL硬件描述语言在电子设计中应用的构成,阐述了VHDL硬件描述语言在电子设计中应用的主要特点,并针对VHDL硬件描述语言在电子设计中的应用策略进行了研究和探讨。

关键词:VHDL硬件描述语言;电子技术设计;设计流程

VHDL硬件描述语言在数字电路与系统描述、模拟和设计中应用比较普遍,属于电子技术设计的核心[1]。尤其是随着集成电路技术的进步,人们对电子技术设计效率和设计水平的要求不断提升,因此选择合理的硬件描述语言具有必要性,而VHDL硬件描述语言能够有效降低电子技术设计难度,且具有通用性高、支持面广的特征,并获得了市场和电子电力公司的肯定与支持,可以有效促进电子技术设计想着自动化方向发展,缩短开发周期。

1 VHDL语言在电子设计中应用的构成

VHDL(Very-High-Speed Inte-grated Circuit Hardware Description Languagea)硬件描述语言,即超高速集成电路硬件描述语言,主要是应用于数字电路系统性能描述和模拟的语言[2]。VHDL硬件描述语言是在1983年由美国国防部创建,并在后期的发展和应用中,成为硬件描述语言的标准之一。随着IEEE对VHDL硬件描述语言的修订,VHDL硬件描述语言的内容得到的进一步的扩展,主要是从更高的抽象层次和系统描述能力进行扩展。当前VHDL硬件描述语言已经成为通用性硬件描述语言。

VHDL硬件描述语言的语法具有高度严格的特征,与Ada风格比较相近,即一段完整的VHDL代码包含实体语句、构造体语句、配置说明语句等。其中实体语句主要是针对设计单元的外部接口信号进行描述,构造体语句主要是针对设计单元内部的结构和行为进行描述。根据研究可知,利用构造体语句进行设计单元内部功能描述又可以分为三种方式,即行为级描述、寄存器传输级描述和结构描述等。配置说明依据主要是针对选取不同元件构成设计单元版本的描述。此外VHDL代码还包含库说明语句和包说明语句。其中库是进行编译实体、构造体、包和配置数据的存放,而包则是用来存在共享数据类型、常量和子程序等。常见的库类型主要分为IEEE库、STD库、ASIC矢量库等[3]。

2 VHDL语言在电子设计中应用主要特点

VHDL硬件描述语言主要是进行数字系统结构、行为、功能和接口的描述,其与其他语言相比,具有很多明显的优势和特点,主要表现在以下几个方面。

2.1 VHDL硬件描述语言描述能力强

VHDL硬件描述语言具有电路描述能力强和建模能力强等优势,主要表现在其能够从多个层次实现对数字系统的建模与描述,有效简化硬件设计任务,降低硬件设计难度,继而提高电子技术设计效率和设计可靠性。

2.2 VHDL硬件描述语言设计优化能力

VHDL硬件描述语言应用在电子技术设计中,能够脱离具体硬件电路、设计平台等特性,且其电路行为描述能力和系统描述能力优良,且其生命力和应用潜力非常强大,尤其是在语言易读性方便、层次性方面和结构化设计方面等。

2.3 VHDL硬件描述语言全新设计方法

VHDL硬件描述语言主要采用自上而下的设计方法,且包含库,有效应用在电子产品生命周期缩短的环境中,面对重新设计、融入全新技术和改变工艺等,均具有良好的适应性。自上而下的设计方法,可以将较大的系统分解成若干个模块,在分工合作时更加简单方便。此外设计人员在利用VHDL硬件描述语言进行电子技术设计时,可以单纯进行功能的设计,对于其他不会影响功能的因素,且无需耗费太多的精力[4]。

3 VHDL语言在电子设计中的应用策略

在电子技术设计中,VHDL硬件描述语言属于比较高层次的设计方法。技术人员在利用VHDL硬件描述语言进行电子技术设计时,首先要利用VHDL硬件描述语言进行电路系统的表达,并输入至计算机。随后利用HDL综合器对设计进行综合,将软件设计的HDL描述与硬件结构挂钩,实现软件转化为硬件电路。综合的作用主要是将VHDL硬件描述语言转换为低级语言,确保实现与FPGA/CPLD的基本结构相应的网表文件[5]。再利用适配器将综合器产生的网标文件配置目标器件中,产生下载文件。适配器又称之为结构综合器,主要是将网标文件针对的目标器件进行逻辑映射操作,如逻辑分割、优化等。而且由于电子技术设计的模拟仿真主要是在高层上实现,能够进一步提高错误发生效率,提升电子技术设计效率。

仿真主要是利用计算机对设计进行模拟,包含时序仿真、功能仿真。其中时序仿真中,文件包含器件硬件特性参数,即基于真实器件的特性进行仿真,仿真精度高。功能仿真主要是针对逻辑功能进行模式,不涉及具体器件的硬件特性。仿真后,将适配后生成的下载文件或配置文件,利用编程器进行下载,以实现硬件调试和验证。最后需要对硬件系统进行测试,确保设计项目在目标系统上的工作情况满足要求,针对存在错误的地方需要及时进行改进。

4 结束语

综上所述,将VHDL硬件描述语言应用与电子技术设计中,能够实现从多个层次进行数字系统的设计,有效降低设计难度,缩短设计周期,提高设计效率。如今VHDL硬件描述语言在电子技术设计应用中主要表现为自上而下应用方向,体现出逻辑综合和优化的重要性。

参考文献

[1]李要球,卢璐.VHDL硬件描述语言在数字电路设计中的应用[J].实验室科学,2011,05:97-99+103.

[2]夏莉莉.浅议VHDL语言在电子设计自动化中的应用[J].信息安全与技术,2012,07:44-46.

[3]张苹珍,王俊峰,仲涛.VHDL在数字逻辑电路设计中的应用方法[J].信息通信,2012,05:96-97.

[4]柴志成,罗俊宁.VHDL语言在数字电路教学改革中的应用[J].电子世界,2014,17:180-181.

[5]江文超,王文远.VHDL在基于CPLD和单片机的数字频率计系统设计中的应用[J].电子制作,2014,07:205+203.

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